Table of Contents

הקדמה: הסמכת ה-Electrification

המעבר מהתחממות מבוססת דלק ומקירור במערכות חשמל הוא אחד השינויים הבולטים ביותר בבניית אנרגיה לשימוש מאז כניסתו של מרכז HVAC. היום, מבנים מהווים כ-40% מצריכת האנרגיה העולמית ונתח דומה של פליטות פחמן הקשורות לאנרגיה. Heating וקירור עצמאי, לא מגביר יותר ממחצית מהשימוש באנרגיה הזו ברוב האקלים.

מאמר זה חוקר מדוע הסלקציה חשובה, הטכנולוגיות המתעוררות שמניעות את השינוי, את האתגרים שנותרו ואת ההזדמנויות שעומדות קדימה.אנו גם בוחנים את התפקיד הקריטי של מדיניות, שילוב רשת ואימוץ הצרכנים במימוש המעבר הזה מוצלח בקנה מידה.

מדוע בחירות: אקלים, כלכלה ובריאות

אספקת מערכות חימום וקירור מספקת הטבות המשתרעות הרבה מעבר לחיסכון באנרגיה.שלושה נהגים מקושרים - השפעה מזיקה, יעילות כלכלית ואיכות סביבתית פנימית - גורמת ליציאה מהציוד מבוסס הבעירה.

Greenhouse Gas Reductions

על פי סוכנות האנרגיה הבינלאומית (FLT:0) , פליטות ישירות מבניינים (בעיקר משריפת דלק מאובנים למים חמים וממים חמים) עבור כ-6% מה-COMOFLT:2FLT 3,2FLT:3 פליטות גזים.כאשר פליטות עקיפות גז מייצור חשמל כלולים, המניה קופצת ל-8% מהגז ומדליפתים עם משאבות חום חשמליות יכולות להפחית את פליטות הפחמן, כמו רק להפחתה של 70% מהאנרגיה חשמלית, כמו פחמן, כמו פחמן, כמו פחמן, לעומת צמיחה של פחמן, לעומת צמיחה של פחמן, רק על ידי פחות מגובה של כ- 70%, כמו פחמן, כמו פחמן, כמו פחמן, כמו פחמן, לעומת צמיחה של כ- 70%, לעומת צמיחה של פחמן, לעומת צמיחה של פחמן, לעומת צמיחה של פחמן, לעומת צמיחה של כ- 70% של פחמן של פחמן של כ- 70% של פחמן, לעומת צמיחה של פחמן, לעומת צמיחה של פחמן, לעומת צמיחה של פחמן של פחמן של פחמן, לעומת צמיחה של פחמן, לעומת צמיחה של פחמן של כ- 70% של כ- 70% של פחמן, לעומת צמיחה של פחמן, לעומת צמיחה של כ- 70% של כ- 70% של פחמן של פחמן של פחמן, לעומת צמיחה של פחמן של פחמן, לעומת צמיחה

אנרגיה מתחדשת

משאבות חום, אבן הפינה של HVAC מחשמל, הן יעילות יותר מאשר ציוד בעירה. בעוד שגז יעילות גבוהה של גז פרונסי יכול להשיג 95% יעילות תרמית, משאבת חום מודרנית קר-קלידי יכול לספק coefficient of Performance (COP) של 3.0 או גבוה יותר - כלומר זה מניע שלוש יחידות של חום עבור כל יחידת חשמל נצרך.

בריאות ואיכות אוויר פנימית

מערכות חימום מבוססות הדבקה מייצרות דו תחמוצת חנקן, פחמן חד-חמצני, ומזהמים אחרים שמטמים את איכות האוויר הפנימית. גוף גדל של מחקר מקשר תנורי גז וזעם כדי להגדיל את שיעור האסתמה של הילדות ותנאי נשימה אחרים. Electrification מבטל את הבעירה בתוך המעטפה הבניין, יצירת סביבות חום בריאות יותר.

שילוב וביקוש גמישות

(המערכות חימום וקירור אלקטרוניקה, כאשר בשילוב עם תרמוסטטים חכמים ואחסון תרמי, יכול לשמש כעומסים גמישים המסייעים לאזן את הרשת החשמלית. משאבות חום ניתן לתכנן מראש או מבנים precool במהלך תקופות של ביקוש חשמל נמוך או דור מתחדש גבוה, ולאחר מכן להפחית את הצריכה בשעות השיא.

טכנולוגיות מתפתחות ב- Electric Heating and Cooling

ערכת הכלים של ה-Electrification משתרעת הרבה מעבר להתחממות ההתנגדות הפשוטה.חדשנות בעיצוב משאבת חום, דחוסים במהירות משתנה, קירור, אחסון תרמי, ובקרות חכמות הופכות מערכות HVAC חשמליות קיימא כמעט בכל האקלים, כולל אזורים צפוניים שבהם פרננס גזים נשלטו זמן רב.

Cold-Climate Air-Source Heat Pumps (ccASHP)

משאבות חום של קוד קר יכולות לספק יכולת חימום מלאה בטמפרטורות בחוץ כמו -25 ° C (-1 °F), עם מודלים רבים שמירה על COP מעל 2.0 ב -15 ° C. אלה מערכות להשתמש בדחיסות משומרות על משתנה מונעים על ידי מריד (Definern-speed Tobaccos), הגדלת מחזורי Vapor (I) ועיצובי החלפת חום מתקדמים כדי להפיק חום מיצרנים מחוץ ל-Fligina, כגון: Proceine, 000 יעיל, 000, 000, 000 יעילות, 000, 000 יעילות, 000, 000 יעילות, 000 יעילות, 000 (R) ו-DEFI) ממריצים, 000 יעילות, 000 יעילות, 000 יעילות, 000 (R) ממריצים, 000 יעילות, 000 יעילות, 000 יעיל, 000 (R) ו-R) ממריצים חשמליים, 000 יעילות, 000 יעילות, 000 יעילות, 000 יעילות, 000 יעילות, 000 יעילות, 000 יעילות, 000, 000 יעיל, 000 יעיל, 000, 000, 000, 000, 000 LTFlichi) ו-R (R (R (I) ממריצים מחדש של דלק יעיל, 000, 000, 000 יעילות, 000 יעילות, 000 יעילות, 000 יעילות, 000, 000, 000

אפשרויות לDitless Options

משאבות חום קרות זמינות הן ללא דוקטרקט (מיני-split) והן ducted (central) תצורה. , מינונים מיני-פולניים הם אידיאליים עבור רטרוfits במבנים ללא דוקטרקט קיים, המציע שליטה על אזור על ידי-ידי-אזור וחיסול של הפסדים דוקטרקט מרכזי עובד היטב בבתים עם מערכות אוויריות קיימות, למרות שעקביות אוויריות קצרות ומהירות הן יכולות לטפל בהדרגה על ידי גירוי אווירי חום.

Gethermal (Ground-Source) משאבות חום

משאבות חום של קוד קרקע (HP) להשתמש בטמפרטורה היציבה של כדור הארץ - באופן אטי 10 מעלות C עד 16 מעלות צלזיוס (50 מעלות צלזיוס ל 60 מעלות צלזיוס) בעומק כמה מטרים - כדי להשיג אפילו יעילות גבוהה יותר מאשר מערכות מקור אווירי.ה-COP של מערכת GSHP מעוצבת היטב בטווח של עד 4, 000 שנים עד 6.0 עבור חימום ו- 8.0 עבור קירור אוויריבית פחות מ טמפרטורות אוויריות בטווח הארוך ביותר של 20 מטרים, 000 $ עד טווח גבוה יותר מאשר בטווח הארוך ביותר של מחזורי טווח גבוה יותר מאשר בטווח הארוך ביותר של מחזורי מים בטווח הארוך ביותר של מחזורי טווח גבוה יותר מאשר בטווח הארוך ביותר של 20000 $ של מערכת GSHP עם עלויות בטווח הארוך ביותר של 20000 $ עד 4 $ בטווח הארוך יותר מאשר בטווח של מחזורי טווח גבוה יותר מאשר בטווח הארוך ביותר של מחזור גבוה יותר מאשר מהירות שטח גבוה יותר מאשר בטווח של 20000 $ של מחזורי טווח גבוה יותר מאשר בטווח הארוך ביותר של מחזורי טווח גבוה יותר מאשר בטווח של מחזורי מים בטווח הארוך ביותר של מחזורי מים בטווח הארוך ביותר של 20000 $ של 20000 $ של מחזורי שטח C2, 000 טווח גבוה יותר מאשר מהירות שטח C.

חימום מים (HPWH)

חימום מים מהווה כ-18% מהשימוש באנרגיה בבתים בארה"ב.מממממממים במשאבי חום היברידיים מעבירים חום מהאוויר בתוך מים (או לפעמים בחוץ) למכל המים, השגת יעילות פי שלושה עד ארבע מאשר יחידות התנגדות חשמליות קונבנציונליות.כאשר מותקנות במרתף לא מותנה או מוסך, הם מספקים גם מדה וחריפים את המרחב שמסביב למחלקת האנרגיה של ארה"ב יש סטנדרטים חדשים יותר של פחמן חם יותר מאשר משוק חשמלי רגיל של פחמן צפון אירופה, אפילו מחשמלים, כולל של צריכת מים, כמו גם מחשמלים, ותקני פחמן דו-חמצני, כמו גם מגובה, 744, כמו גם מחשמלים, כמו גם מחשמלים, כמו גם מחשמלים, ומוסמחץ גבוה יותר, ומוסממים, לתקני פחמן, מעל לתקני חום, כמו גם מחשמלים, כמו גם מחשמלים, ומוסמתאים מתקדמים יותר, לתקני פחמן, מעל לתקני פחמן, גבוה יותר, כמו גם מחשמלים, כמו גם מחשמליים, לתקני פחמן, לתקני חום אמריקאיים, מעל פני שטח חם יותר, מעל לתקני פחמן, מעל פני שטח חם יותר, כמו גם מחשמלים, 000, כמו כן, כמו כן, כמו

« חכמים ושליטה מתקדמת

תרמוסטטים חכמים התפתחו ממכשירים פשוטים לפלטפורמות מתוחכמות המחוברות לענן, אשר לומדים התנהגות של הדיירים, מגיבים לשיעורי חשמל לשימוש בזמן, וממשק עם תוכניות תגובה לביקוש תועלת. An Ecobee או Nest thermostat יכול להתאים באופן אוטומטי נקודות המבוססות על דיקור, תחזיות מזג אוויר, וזיהוי רשת ניהול בזמן אמת, כאשר הוא בשילוב עם משאבות חום, בקרה חכמה יכול להתאים את האיזון בין מהירות, לבין מהירות טיפול ביתי, תוך שמירה על יעילות סוללה, תוך כדי שיפור יעילות סוללה בודדת מים יעילה, תוך כדי שמירה על יעילות מערכת אחסון בודדת, ובטיחות חום ובטיחה, תוך כדי שמירה על יעילות מערכת אחסון של מערכת אחסון בודדת חום ובטיחה של מערכת אחסון בודדת של מערכת אחסון של מערכת אחסון בודדת, תוך כדי שמירה על יעילות אחסון יעילה, תוך כדי שמירה על יעילות מערכת אחסון יעילה של מערכת אחסון של מערכת אחסון יעילה של מערכת אחסון אווירית, תוך כדי שמירה על יעילות אחסון אווירית, תוך כדי שמירה על יעילות מערכת אחסון חד פעמית של מערכת אחסון חד פעמית של מערכת אחסון יעילה של מערכת אחסון של מערכת אחסון אווירית, תוך כדי שמירה על יעילות מערכת אחסון יעילה, תוך כדי שמירה על יעילות מערכת אחסון אווירית, תוך כדי שמירה על יעילות מערכת אחסון חד פעמית של מערכת אחסון יעילה,

אחסון תרמי: חומרי קרח ושינויים בשלב

אחסון אנרגיה תרמית (TES) מאפשר מבנים לעבור קירור או חימום עומסים הרחק משעות הביקוש לחשמל שיא מערכות אחסון קרח, למשל, להשתמש משאבה חום או צמר כדי לעשות קרח בלילה כאשר חשמל הוא זול ונמוך פחמן, ואז להמיס את הקרח במהלך היום כדי לספק קירור ללא הפעלת חומרי חילוף חשמליים בשלב (PCM) בבניית חומרים אחסון ייעודיים או מיכלי אחסון ייעודיים יכול לספוג או לשחרר מאוחר, בעוד שביקוש לטמפרטורות חום מתוחכמות גבוהה במשך עשרות שנים.

אתגרים והזדמנויות במעבר ה-Electrification

למרות ההתקדמות הטכנולוגית המהירה, הדרך להקצאת בנייה נרחבת ניצבת בפני מכשולים אמיתיים.יש לטפל באתגרים אלה באמצעות חדשנות, מדיניות ושיתוף פעולה בתעשייה כדי להבטיח מעבר שוויוני ויעיל.

עלויות נוספות וזמינות

הרכישה וההתקנה של משאבת חום קרת-קלידית או מערכת גיאותרמית יכולים לעלות פי שניים עד ארבע יותר מאשר פראנס גז דומה ומזג אוויר מרכזי.עבור משקי בית בעלי הכנסה נמוכה ומתונים, עלויות ראשונות אלה הן מחסום משמעותי, גם כאשר חיסכון של מחזור חיים מנקה את ההשקעה לאורך זמן.

פאנל חשמלי ו-Wiring

בתים רבים קיימים נבנו עם 100 דגימה או אפילו 60-amp לוחות חשמליים שעשויים להיות לא מספיק עבור עומס נוסף של משאבת חום, משאבת מים משאבה חום, תנורי ניכוי חשמליים, ומטענים חשמליים.מעל פאנל ל-200 amps יכול לעלות 2,000 $ ל-6,000 דולר או יותר, בהתאם לקודים מקומיים ולצורך להחליף שירות מיתרונות של ניהול כגון עומסים כגון: Wi-L, אשר באופן אוטומטי למנוע לוחות בקרה של שירות לפני כן, או יותר, ללא יכולת פיקוח של חשמל של חשמל מראש, ללא שדרוגים.

תשתיות וביקוש

אימוץ מסיבי של חימום חשמלי באקלים קר יכול ליצור תקופות ביקוש שיא חדש - באופן חד פעמי על בוקר חורף כאשר הטמפרטורות הן הנמוכות ביותר משקי הבית במקביל לדרג את החום. Utilities ומפעילי רשת להתכונן לתרחיש זה על ידי השקעה במודרניזציה ברשת, פריסת תוכניות תגובה הביקוש, ותמיכה באחסון תרמי של 2023 שעות על ידי FLT:0Bralit GroupFLT:1 מצא כי החל טעינה של כלי רכב גמישים של מחזור חשמלי או ירידה של 30 מיליארד דולר.

פיתוח כוח העבודה והתקנה האיכותית

מתקן משאבת חום דורש מיומנויות שונות מאשר החלפת גז.לזרע כראוי, טעינה קירור, דמיחות דמים, ותצורת זרימת אוויר הם קריטי להשגת יעילות ונוחות גבוהה יותר. קבלנים HVAC רבים מנוסים יותר עם ציוד בעירה, ואת התעשייה מתמודדת עם מחסור של טכנאים מאומן בתכנון חום ואבחון.

« « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « «

צרכנים וקבלנים עדיין מאמינים כי משאבות חום אינן יכולות לעבוד באקלים קר.בעוד שזה היה לפני עשר שנים, מודלים מודרניים של קרי-קליד קר-קליפי עדיין לא ישפרו את המיתוס.מחקרי שדה במינסוטה, אלסקה וקנדה מראים כי מערכות ccASHP מעוצבות היטב יכולים לעמוד ב-100% מעומס החימום של בית, עם גיבוי חשמלי רק צריך בימים הקרים (בדרך כלל כמה שעות) מוביל יעילות גבוהה יותר ויותר (מחדש) ומהירות גבוהה יותר ויותר) ובאופן יעיל יותר ויותר.

שילוב עם אנרגיה מתחדשת והרשת החכמה

חשמל ואנרגיה מתחדשת הם כוחות משלימים.כמו PV, רוח, אחסון סוללות להיות נפוץ יותר, חימום חשמלי קירור יכול להיות זמן להשתמש חשמל נקי וזול.סינרגיה זו היא מרכזית הרעיון של בניין ללא אפס אנרגיה.

סול השמש + חום משאבה

בית עם השמש גג יכול לכפות את משאבת החום שלה בשעות שמש, ביעילות באמצעות הדור שלה עבור מיזוג חלל ומהתחממות מים.מדיניות Net מטרing מאפשרת דור סולארי עודף כדי לפוצץ חשמל רשת בשימוש בלילה.הוספת סוללה ביתית או אחסון תרמי יכול להגדיל עוד יותר את צריכת העצמי. באזורים רבים, השילוב של משאבת חום + חום + בקרה חכמה יכול להפחית את חשבונות האנרגיה השנתיים על ידי 60% ל 80% לעומת רשת גז רגיל + חשמל ביתי.

רכב אל-Grid (V2G) ו-Bdirectional Charging

סוללות רכב חשמליות מייצגות משאב אחסון אנרגיה גדול ומופץ בעתיד, דו-צדדיים EV מטען יכול לאפשר EV חונה כדי להחזיר חשמל הביתה או רשת במהלך הביקוש לשיא, כולל שיאים שנגרמו על ידי משאבת חום, EV, וניהול סוללות לתוך פלטפורמה אנרגיה אחת, יוצר "צמח כוח וירטואלי" שיכול לעזור לייצב את הרשת תוך מתן כוח גיבוי למבנה מספר פרויקטים, קליפורניה, ניסויים קונספט זה, טקסס, הם ניסויים ברזולוציה של פיילוט, ופרויקטים.

מנהלי מדיניות ומודיעין

פעולה ממשלתית ברמות מרובות היא צמצום החשמל של בניית מדיניות מפתח HVAC כוללת תקני הסתמכות מעודכנים, בניית קודים שמשלבים חיבורי דלק מאובנים, ותמריצים כספיים לבעלי בתים וקבלנים.

מדינות וכלכלה (U.S)

חוק ניכוי האינפלציה (IRA) של 2022 כולל מספר הוראות אשר ישירות תמיכה באימוץ משאבת חום:

  • (FLT:0) תכנית התחדשות ביתית גבוהה (HEEHR): veFLT 1 עד 8,000 דולר עבור משאבה חום (משקי בית בעלי הכנסה), בתוספת 1,750 דולר למחום משאבת חום ו-4,000 דולר עבור שדרוג פאנל חשמלי.
  • (FLT:0)אנרגיה מספקת אשראי מס הכנסה (C): 1FLT עד 2,000 דולר בשנה עבור משאבה חום מוסמך (כולל חימום מים משאבה חום) עד 2032.
  • תכנית הסיוע של נאס"א:0 (Weatherization Support Program: FLT:103) מרחיבה את המימון למשקי בית בעלי הכנסה נמוכה לשיפור היעילות והתקנת משאבות חום.
  • (FLT:0) תוכניות לרמה: מדינות כמו ניו יורק (NYSנקי חום), מסצ'וסטס (Mass Save), קליפורניה (Techנקי קליפורניה), קולורדו (Heat Pump Rebates), ואחרים מציעים תמריצים נוספים השכבבו על גבי האשראי הפדרלי, לעתים קרובות מכסה 50% או יותר של ציוד ועלויות ההתקנה.

בניית תקני ביצועים ודלק Fosil ב Bans

מספר גדל והולך של סמכות שיפוט דורשים מיצוי בנייה חדשה או שיפוץ גדול.חוק המקומי של ניו יורק 97 מטיל מגבלות פליטות פחמן על בניינים גדולים, למעשה דוחף אותם לעבר משאבות חום וחשמל.קוד האנרגיה של קליפורניה (Title 24) יותר מאשר משאבות דלק מאובניות, ויותר מ-90 ערים קליפורניה וממחוזות אימצו קודים אשר מגבילים או אוסרים גזים בבתים חדשים, כך שמשווקים 20DGates) ממריצים ל-R.

תחזית לעתיד: מה הלאה עבור HVAC?

העשור הבא יראה המשך החדשנות בטכנולוגיית משאבת חום, שילוב רשת ומודלים עסקיים.

  • (ב) [ה]]: [ה] [ה] [ה]]] [ה]]] [ה]]]] [ה]]][ה]]][ה]]]]][ה[דרושה]]]] [ה[[המאה ה-20]]], היא זו הסיבה ל[[המאה ה-20]], ו[[ה[[המאה ה-20]], ו[[המאה ה-20]],]],]], היא [[המאה ה-20]], ו[[המאה ה-20]], [[המאה ה-20]], [[המאה ה-20]], [[המאה ה-20]], [[המאה ה-20]].
  • (FLT:0) חבילות משאבת חום משולבות:FLT:1ir יחידות רב-תפקוד המשלבות חימום חלל, קירור, חימום מים ואוורור לתוך ארון אחד מתעוררות, צמצום המורכבות של ההתקנה והעלות.
  • (FLT:0) Electrification ,Everification:cioFLT:1 למערכות חימום אזוריות וקירור באמצעות משאבות חום גדולות, אחסון תרמי, ושיקום חום פסולת יכול לשרת שכונות שלמות, המציע כלכלות בקנה מידה וצמצום עלויות הבנייה הפרט.
  • (FLT:0) Heat Pumps כשירות:FearLT:1 , צד שלישי מודלים בבעלות של ספקים או חברת שירות אנרגיה (ESCO) הבעלים ושומר על משאבת החום, תשלום חודשי לנוחות, נבדקים בתוכניות פיילוט.זה מבטל עלויות למעלה עבור בעלי בתים ויוצר תמריץ עסקי עבור תחזוקה יעילה גבוהה.
  • (FLT:0)Deep Retrofits with Envelope שיפורים:FLT 1 Electrification עובד הכי טוב במבנים מלוטשים היטב, מהירויות אוויריות.שילוב של בניית מעטות (בulation, חלונות, חותם אוויר) עם משאבת חום ממקסמת חיסכון ונוחות הבנייה בעתיד קודי בנייה ידרוש סבירות חבילות יעילות בית שלם לפני או לצד משאבת חום.

מסקנה

החשמל של חימום בנייה וקירור כבר לא סקרנות נישה, אבל עמוד מרכזי של אסטרטגיית הפלימוניזציה העולמית.עם משאבות חום חוצות-קלידיות קרות, בקרה חכמה, אינטגרציה רשת ותמיכה במדיניות חזקה, הטכנולוגיה מוכנה להחליף מערכות דלק מאובנים בכל זאת, אך התנאים הקיצוניים ביותר.אתגרים הקשורים בעלות עלות, אימונים וקיבולת רשתית, אך הם כל כך מסולקים באמצעות היקף, ותוחלת חיים יעילה של מיליוני בני אדם, ללא ספק, ללא ספק, ותוחלת חיים גבוהה, ללא הגבלת זמן גבוהה, ללא הגבלת זמן, ותוחלת חיים גבוהה.